Combinaison de l'imagerie à haut contraste et de la spectroscopie à haute résolution pour l'observation d'exoplanètes

Combining high-contrast imaging and high-resolution spectroscopy for exoplanet observations

• Auteur / Autrice : Mathis Houllé
• Direction : Arthur Vigan, Pedro Figueira, Elyar Sedaghati
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Astrologie et cosmologie
• Date : Soutenance le 21/02/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) - Organisation européenne pour des recherches astronomiques dans l'hémisphère austral
• Jury : Président / Présidente : Magali Deleuil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alice Zurlo, Niranjan Thatte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anthony Boccaletti, Gaël Chauvin
• DOI : 10.70675/7a867a56zcb09z44c6z8715zd31a6b1f8f4e

Mots clés

Mots clés contrôlés

Exoplanètes

Très grand télescope ESO

Interféromètres

Résolution (optique)

Spectroscopie à haute résolution

Astronomie -- Instruments

Mots clés libres

Exoplanètes

Imagerie à haut contraste

Spectroscopie à haute résolution

Exoplanets

High-contrast imaging

High-resolution spectroscopy

Résumé

La mesure du spectre des exoplanètes géantes gazeuses permet de faciliter leur détection et de déterminer leurs propriétés fondamentales, telles que leur composition, leur dynamique et leur mécanisme et lieu de formation dans le disque protoplanétaire. Les instruments d'imagerie à haut contraste de dernière génération, comme SPHERE au VLT, ont été optimisés pour la détection directe de ces planètes, mais leur résolution spectrale est basse (R<100), ce qui limite les possibilités de caractérisation. Pour une véritable révolution scientifique, un saut d'un ou deux ordres de grandeur est nécessaire en terme de résolution spectrale. Différents projets combinant imagerie à haut contraste et spectroscopie à haute résolution sont en cours de développement, comme l'instrument HARMONI sur le futur ELT, qui fournira un mode haut contraste avec une résolution allant jusqu'à 18 000 ; ou le projet HiRISE visant à coupler SPHERE avec le spectrographe CRIRES au VLT. Dans ce contexte, la thèse a pour but de développer de préparer l'exploitation des données scientifiques de ce nouveau type d'instruments, ainsi que d'étudier de nouvelles façons d'observer les compagnons découverts par imagerie directe avec les spectrographes actuels. La première partie de la thèse se focalise sur l'estimation des performances en détection de planètes du module haut-contraste de l'instrument HARMONI, via des simulations réalistes d’observations et d’analyse des données. La seconde partie se focalise sur l’étude de l’accrétion et de la formation planétaire, via l’observation de la raie d’émission H-alpha de compagnons jeunes à très haute résolution spectrale (R=190 000) avec le spectrographe VLT/ESPRESSO.

Measuring the spectrum of giant gaseous exoplanets makes their detection easier and provides knowledge of their most fundamental properties, such as their composition, their dynamics, and their formation mechanism and birthplace in the protoplanetary disk. The new generation of direct imaging instruments such as SPHERE at the VLT have been optimized for the direct detection of these planets, but their low spectral resolution (R < 100) limits the possibilities of characterization. For a real scientific revolution, the spectral resolution needs to be increased by one or two orders of magnitude. Several projects combining high-contrast imaging and high-resolution spectroscopy are in development, such as the HARMONI instrument on the future ELT, which will offer a high-contrast module with a spectral resolution up to 18 000; as well as the HiRISE project, which aims at coupling SPHERE with the CRIRES+ high-resolution spectrograph. In this context, the PhD project aims at preparing the exploitation of the scientific data coming from this new type of instruments, as well as investigating new ways of observing directly imaged companions with existing spectrographs. The first part of the thesis project focuses on the estimation of the performances in planet detection of the high-contrast module of HARMONI, using realistic simulations of observations and data analysis. The second part focuses on the study of accretion and planet formation by observing the H-alpha emission line of young companions at very high spectral resolution (R=190 000) with the VLT/ESPRESSO spectrograph.